1.3.- ESPECTRO DE FRECUENCIAEl espectro de frecuencia de un fenmeno ondulatorio (sonoro, luminoso o electromagntico), superposicin de ondas de varias frecuencias, es una medida de la distribucin de amplitudes de cada frecuencia. Tambin se llama espectro de frecuencia al grfico de intensidad frente a frecuencia de una onda particular.El espectro de frecuencias o descomposicin espectral de frecuencias puede aplicarse a cualquier concepto asociado con frecuencia o movimientos ondulatorios, sonoro y electromagntico = Una fuente de luz puede tener muchos colores mezclados en diferentes cantidades (intensidades).

Espectro de frecuencias de la luz emitida por tomos dehierrolibres en la regin visible del espectro electromagntico.

Se caracteriza por la distribucin de amplitudes para cada frecuencia de un fenmeno ondulatorio (sonoro, luminoso o electromagntico) que sea superposicin de ondas de varias frecuencias. Tambin se llama espectro de frecuencia al grfico de intensidad frente a frecuencia de una onda particular.El espectro de frecuencias o descomposicin espectral de frecuencias puede aplicarse a cualquier concepto asociado confrecuenciao movimientos ondulatorios como son los colores, las notas musicales, las ondas electromagnticas de radio o TV e incluso la rotacin regular de la tierra.

Espectro luminoso, sonoro y electromagnticoUnafuente de luzpuede tener muchos colores mezclados en diferentes cantidades (intensidades). Un arcoris, o un prisma transparente, deflecta cada fotn segn su frecuencia en un ngulo ligeramente diferente. Eso nos permite ver cada componente de la luz inicial por separado. Un grfico de la intensidad de cada color deflactado por un prisma que muestre la cantidad de cada color es el espectro de frecuencia de la luz oespectro luminoso. Cuando todas las frecuencias visibles estn presentes por igual, el efecto es el "color" blanco, y el espectro de frecuencias es uniforme, lo que se representa por una lnea plana. De hecho cualquier espectro de frecuencia que consista en una lnea plana se llamablancode ah que hablemos no solo de "color blanco" sino tambin de "ruido blanco".

Espectrograma. Las franjas oscuras representan las frecuencias para las cuales la amplitud de la onda sonora es mayor.

Unafuente de ondas sonoraspuede ser una superposicin de frecuencias diferentes. Cada frecuencia estimula una parte diferente de nuestracclea(caracol del odo). Cuando escuchamos una onda sonora con una sola frecuencia predominante escuchamos una nota. Pero en cambio un silbido cualquiera o un golpe repentino que estimule todos los receptores, diremos que contiene frecuencias dentro de todo el rango audible. Muchas cosas en nuestro entorno que calificamos comoruidofrecuentemente contienen frecuencias de todo el rango audible. As cuando un espectro de frecuencia de un sonido, oespectro sonoro. Cuando este espectro viene dada por una lnea plana, decimos que el sonido asociado esruido blanco. Otro ejemplo de espectro de frecuencias de ondas sonoras es el encontrado en el anlisis de la voz humana, por ejemplo cada vocal puede caracterizarse por la suma de ondas sonoras cuyas frecuencias recaen sobre bandas de frecuencia, denominadasformante, el oido humano es capaz de distinguir unas vocales de otras gracias a que puede discriminar dichos formantes, es decir, conocer parte del espectro de frecuencias presentes en una onda sonora que produce la articulacin de dicha vocal.Cada estacin emisora deradiooTVes unafuente de ondas electromagnticasque emite ondas cercanas a una frecuencia dada. En general las frecuencias se concentrar en una banda alrededor de la frecuencia nominal de la estacin, a esta banda es a lo que llamamoscanal. Una antena receptora de radio condensa diferentes ondas electromagnticas en una nica seal de amplitud de voltaje, que puede ser a su vez decodificada nuevamente en una seal de amplitud sonora, que es el sonido que omos al encender la radio. El sintonizador de la radio selecciona el canal, de un modo similar a como nuestros receptores de la cclea seleccionan una determinada nota. Algunos canales son dbiles y otros fuertes. Si hacemos un grfico de la intensidad del canal respecto a su frecuencia obtenemos elespectro electromagnticode la seal receptora.Anlisis espectral

Ejemplo de forma de onda de la voz y su espectro de frecuencia.

Unaonda triangularrepresentada en el dominio temporal (arriba) y en el dominio frecuencia (abajo). La frecuenciaest en torno a 220 Hz.Anlisisse refiere a la accin de descomponer algo complejo en partes simples o identificar en ese algo complejo las partes ms simples que lo forman. Como se ha visto, hay una base fsica para modelar la luz, el sonido o las ondas de radio en superposicin de diferentes frecuencias. Un proceso que cuantifique las diversas intensidades de cada frecuencia se llamaanlisis espectral.Matemticamente el anlisis espectral est relacionado con una herramienta llamadatransformada de Fouriero anlisis de Fourier. Dada una seal o fenmeno ondulatorio de amplitudesta se pude escribir matemticamente como la siguiente combinacin lineal generalizada:

Es decir, la seal puede ser concebida como la transformada de Fourier de la amplitud. Ese anlisis puede llevarse a cabo para pequeos intervalos de tiempo, o menos frecuentemente para intervalos largos, o incluso puede realizarse el anlisis espectral de una funcin determinista (tal como). Adems latransformada de Fourierde una funcin no slo permite hacer una descomposicin espectral de los formantes de una onda o seal oscilatoria, sino que con el espectro generado por el anlisis de Fourier incluso se puede reconstruir (sintetizar) la funcin original mediante la transformada inversa. Para poder hacer eso, la transformada no solamente contiene informacin sobre la intensidad de determinada frecuencia, sino tambin sobre sufase. Esta informacin se puede representar como un vector bidimensional o como un nmero complejo. En las representaciones grficas, frecuentemente slo se representa el mdulo al cuadrado de ese nmero, y el grfico resultante se conoce comoespectro de potenciaodensidad espectral de potencia(SP):

Es importante recordar que la transformada de Fourier de una onda aleatoria, mejor dicho estocstica, es tambin aleatoria. Un ejemplo de este tipo de onda es el ruido ambiental. Por tanto para representar una onda de ese tipo se requiere cierto tipo de promediado para representar adecuadamente la distribucin frecuencial. Para seales estocsticas digitalizadas de ese tipo se emplea con frecuencia latransformada de Fourier discreta. Cuando el resultado de ese anlisis espectral es una lnea plana la seal que gener el espectro se denominaruido blanco.

Un prisma transparente, deflecta cada fotn segn su frecuencia en un ngulo ligeramente diferente. Eso nos permite ver cada componente de la luz inicial por separado. Un grfico de la intensidad de cada color deflactado por un prisma que muestre la cantidad de cada color es el espectro de frecuencia de la luz o espectro luminoso. Cuando todas las frecuencias visibles estn presentes por igual, el efecto es el "color" blanco, y el espectro de frecuencias es uniforme, lo que se representa por una lnea plana. De hecho cualquier espectro de frecuencia que consista en una lnea plana se llama blanco de ah que hablemos no solo de "color blanco" sino tambin de "ruido blanco".

El espectro de frecuenciasEl espectro de frecuencias se divide en dos grandes partes:Ondas materialesOndas electromagnticas.

ONDAS MATERIALES:

Se propagan por vibraciones de la materia (slida, lquida o gaseosa). Incluyen:

Ondas infrasonoras (debajo de los 8Hz)Ondas sonoras (entre 8 y 30,000Hz). Por ejemplo voz humana (hasta 4,000Hz), audio (de 20Hz hasta 20,000Hz).Ondas ultra sonoras (arriba de los 30,000Hz).

ONDAS ELECTROMAGNTICAS:

Son debidas a la vibracin de un campo electromagntico, fuera de todo soporte material. Incluyen:

Ondas radioelctricas (o herzianas), que son generadas por una corriente oscilatoria, y que pueden ser miriamtricas o kilomtricas (VLF/LF, very low frequency / low frequency, entre 0 y 315KHz), hectomtricas (MF, medium frequency, entre 315KHz y 3230KHz), decamtricas (HF, high frequency, entre 3230KHz y 27,500KHz), mtricas (VHF, very high frequency, entre 27,500KHz y 322MHz), decimtricas (UHF, ultra high frequency, entre 322MHz y 3300MHz), centimtricas (SHF, entre 3300MHz y 31.8GHz) o milimtricas (WHD, entre 31.8GHz y 400GHz).Ondas luminosas (luz), originadas de un cuerpo luminoso que transmite su luz, y que pueden ser infrarrojo (longitud de onda entre 0.8 y 300 micras), visible (longitud de onda entre 0.4 y 0.8 micras, y que incluye los colores rojo, anaranjado, amarillo, verde, azul, turquesa y violeta), o ultravioleta (longitud de onda entre 0.02 y 0.4 micras).Rayos X (longitud de onda hasta 0.001 micras), generados por cuerpos radioactivos.Rayos gamma (longitud de onda entre 0.005 a 0.25 Angstroms), generados por cuerpos radioactivos.

Para efectos de telecomunicaciones son importantes las ondas radioelctricas (comunicacin inalmbrica) y las ondas luminosas (comunicacin va fibras pticas).

CONVERSIN DE LONGITUD DE ONDA A FRECUENCIA, Y VICEVERSA:

Para cambiar de frecuencia (f) a longitud de onda (), y viceversa, se utilizan las frmulas (1) y (2), que son en realidad la misma frmula pero despejando en un caso y en el otro f:

f = 1/TVp = Velocidad de propagacin (luz = 300,000 kms/seg, sonido = 240 m/seg) = Vp T

= Vp/f

(2) f = Vp/

Bsicamente se emplean tres tipos de ondas del espectro electromagntico para comunicaciones:

Microondas: 2GHz a 40GHz. Muy direccionales. Pueden ser terrestres o por satlite.Ondas de radio: 30MHz a 1GHz: OminidireccionalesInfrarrojos: 3x1011 a 200THz

La zona del espectro de las microondas est dividido de la siguiente manera:

= velocidad angular= 2f [rad/seg]

f = frecuencia [Hz = ciclos/seg]

T = perodo= 1/f [seg/ciclo, o simplemente seg]Cuando se hacen las conversiones, es importante recordar los siguientes trminos del sistema de medicin:

1 mm (milmetro) = 10-3 m1 (micra, micrmetro) = 10-6 m1 nm (nanmetro) = 10-9 m1 (angstrms) = 10-10 m1 pm (picmetro) = 10-12 m

1 KHz (kilohertz) = 103 Hz1 MHz (megahertz) = 106 Hz1 GHz (gigahertz) = 109 Hz1 THz (terahertz) = 1012 Hz1 PHz (petahertz) = 1015 Hz1 Ehz (exahertz) = 1018 Hz

En la siguiente tabla se muestran los rangos de cada tipo de onda del espectro de frecuencias, tanto en longitud de onda () como en frecuencia (f). Es importante sealar que las conversiones son aproximadas y pueden ser distintas dependiendo del tipo de medio de transmisin que se utilice. Para la siguiente tabla se consider Vp(luz) = 300,000 kms/seg y Vp(sonido) = 240 m/seg. Estas cifras pueden cambiar dependiendo del medio de transmisin especfico que se utilice, y por lo tanto los rangos sern distintos.

Tipos:Hay analizadores analgicos y digitales de espectro: Un analizador analgico de espectro es un equipo electrnico que muestra la composicin del espectro de ondas elctricas, acsticas, pticas, de radiofrecuencia, etc. Contrario a un osciloscopio un Analizador de Espectros muestra las ondas en el dominio de frecuencia en vez del dominio de tiempo. Puede ser considerado un voltmetro de frecuencia selectiva, que responde a picos calibrados en valores RMS de la onda. Los analizadores anlogos utilizan un filtro pasa banda de frecuencia variable cuya frecuencia central se afina automticamente dentro de una gama de fija. Tambin se puede emplear un banco de filtros o un receptor superheterodino donde el oscilador local barre una gama de frecuencias. Algunos otros analizadores como los de Tektronix utilizan un hbrido entre anlogo y digital al que llaman "tiempo real" analizador de Espectros. La seales son convertidas a una frecuencia ms baja para ser trabajadas con tcnicas FFT o transformada rpida de Fourier descubiertas por Jean Baptiste Joseph Fourier, 1768-1830. Un analizador digital de espectro utiliza la (FFT), un proceso matemtico que transforma una seal en sus componentes espectrales. Algunas medidas requieren que se preserve la informacin completa de seal - frecuencia y fase este tipo de anlisis se llama vectorial. Equipos como los de Agilent Technologies (antiguamente conocidos como Hewlett Packard) usan este tipo de anlisis.Ambos grupos de analizadores pueden traer un generador interno incorporado y as poder ser usados como un simple analizador de redes.Comunicacin digital y anloga

Digitales: calculadoras que trabajan con dgitos.Analgico: aparatos que manejan magnitudes positivas discretas anlogas a los datos.En las computadoras digitales, slo existe una correspondencia arbitraria entre la informacin y su expresin digital, estos nmeros son nombres codificados arbitrariamente asignados. En las computadoras analgicas los datos adoptan la formas de cantidades discretas y, siempre positivas; por ejemplo: la intensidad de a corriente elctrica.En la comunicacin humana es posible referirse a los objetos de dos maneras totalmente distintas: se los puede representar por un smil como un dibujo (mediante una semejanza autoexplicativa) o mediante un nombre (palabra) y, son equivalentes a los conceptos de la computadoras puesto que resulta obvio que la relacin entre el nombre y la cosa nombrada est arbitrariamente establecida.

Comunicacin anloga: =Relacin

La comunicacin analgica tiene sus races en los periodos mas arcaicos de la evolucin y coincidira con la comunicacin no verbal, los movimientos corporales (kinesia), la postura, los gestos, la expresin facial, el ritmo, la cadencia de las palabras y los indicadores comunicacionales que aparecen en el contexto de forma mas abstracta.Todo lo que sea comunicacin no-verbal (postura, gestos, expresin facial, la inflexin de la voz, la secuencia y el ritmo, y, la cadencia de palabras).El hombre es el nico organismo que utiliz tanto la comunicacin anloga como digital.Comunicacin digital: el habla, el lenguaje.

Los logros de la civilizacin resultaran indispensables sin el desarrollo del lenguaje digital por su importancia en lo que se refiere a compartir informacin acerca de los objetosToda comunicacin tiene un aspecto de contenido y un aspecto relacional, ambos modos no slo existe lado a lado, sino que se complementan entre s en cada mensaje.El aspecto relativo al contenido se trasmite en forma digital, mientras que el relativo a la relacin es de naturaleza analgica.Diferencias: el material del mensaje digital es de mucha mayor complejidad, versatilidad y abstraccin que el material analgico, en este ltimo no hay equivalentes para elementosde vital importancia para el discurso como "si luego", "o....o", etc. la expresin de conceptos abstractos resulta imposible como la escritura primitiva, donde cada concepto puede representarse por medio de una similitud fsica.Adems, en el mensaje analgico suele ser ambiguo y tener varios significados (llanto de alegra, de tristeza), y no posee indicadores de presente, pasado o futuro que existen en la comunicacin digital.Los seres humanos se comunican de las dos formas. El lenguaje digital cuenta con una sintaxis lgica sumamente compleja y poderosa pero carece de una semntica adecuada en el campo de la relacin mientras que el analgico posee la semntica pero no una sintaxis adecuada para la definicin inequvoca de la naturaleza de las relaciones.

Comunicacin Smplex

La transmisin simplex (sx) o unidireccional es aquella que ocurre en una direccin solamente, deshabilitando al receptor de responder al transmisor. Normalmente la transmisin simplex no se utiliza donde se requiere interaccin humano-mquina. Ejemplos de transmisin simplex son: La radiodifusin (broadcast) de TV y radio, el pagina unidireccional, etc.

Una comunicacin, es smplex si estn perfectamente definidas las funciones del emisor y del receptor y la transmisin de los datos siempre se efecta en una direccin y la transmisin de los datos siempre se realiza en una direccin.

Comunicacin Half Duplex

La transmisin half-duplex (hdx) permite transmitir en ambas direcciones; sin embargo, la transmisin puede ocurrir solamente en una direccin a la vez. Tanto transmisor y receptor comparten una sola frecuencia. Un ejemplo tpico de half-duplex es el radio de banda civil (CB) donde el operador puede transmitir o recibir, no pero puede realizar ambas funciones simultneamente por el mismo canal. Cuando el operador ha completado la transmisin, la otra parte debe ser avisada que puede empezar a transmitir (e.g. diciendo "cambio").

Comunicacin Full Duplex

La transmisin full-duplex (fdx) permite transmitir en ambas direccin, pero simultneamente por el mismo canal. Existen dos frecuencias una para transmitir y otra para recibir. Ejemplos de este tipo abundan en el terreno de las telecomunicaciones, el caso ms tpico es la telefona, donde el transmisor y el receptor se comunican simultneamente utilizando el mismo canal, pero usando dos frecuencias.